• 한국산학기술학회논문지
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• 제11권9호
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• pp.3176-3183
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• 2010

본 논문은 다축 하중을 받는 복합재 압력용기의 멀티 스케일 피로수명 예측 방법을 제시하였다. 멀티 스케일 접근법은 복합재료의 기본 구성재료인 섬유, 기지 및 섬유/기지 경계면의 거동으로부터 복합재 플라이, 적층판 및 구조물의 전체 거동을 예측한다. 멀티 스케일 피로수명은 거시적 응력 해석과 미시적 피로파손 해석을 통해 예측된다. 유한요소법을 이용하여 복합재 압력용기의 적층판에 가해지는 다축 피로하중을 구하며, 고전적층판이론을 이용하여 적층판의 플라이 응력을 계산하였다. 미소역학 모델을 이용하여 플라이 응력으로부터 각각 섬유, 기지 및 섬유/기지 경계면에 발생되는 응력을 계산하였다. 복합재 구성재료의 피로수명은 섬유에 대해서는 최대응력법을, 기지에 대해서는 등가응력법을, 섬유/기지 경계면에 대해서는 임계평면법을 사용하였다. 평균응력을 고려하기 위하여 수정된 Goodman 식을 적용하였다. 모든 피로하중에 의한 손상은 Miner 법칙을 이용하여 선형 누적이 되고, 이를 통해 최종 피로파손을 판단한다. 섬유와 기지의 물성값, 섬유체적비 및 와인딩 각도의 확률분포에 따른 복합재 압력용기의 피로수명 영향을 분석하기 위해 몬테카르로 시뮬레이션을 수행하였다.

• Elastomers and Composites
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• 제46권3호
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• pp.204-210
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• 2011

본 연구에서는 황마/폴리프로필렌 강화 섬유 복합재료를 사출성형 방법으로 제조하였으며, 섬유와 열가소성 기지재의 친화력과 접착력을 향상시키기 위해 말레산 무수물(Maleic anhydride, MA)을 결합제로 사용하였다. 천연 섬유인 황마의 표면처리 관찰을 위해서 주사전자현미경(SEM)과 적외선분광기(FTIR)를 사용하였고, 인장 및 굽힘 특성을 확인하기 위하여 기계적 특성 시험을 수행하였으며, 수분흡수율도 측정하여 비교하였다. 인장 및 굽힘 시험 결과 황마 복합재료(JFRP)는 기지재로 사용된 폴리프로필렌(PP)보다 높은 강도와 탄성계수를 나타내었고, 황마 복합재료의 강도 및 탄성계수는 결합제의 비율을 1~3%까지 증가시킴에 따라 높은 결과를 보였다. 이는 결합제의 비율을 증가시킬수록 섬유와 기지재 사이의 계면접착력을 향상시킬 수 있음을 의미한다.

• Composites Research
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• 제34권4호
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• pp.212-225
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• 2021

금속 기지재 복합재료들(MMCs, Metal matrix composites)은 우수한 기계적 물성(강성, 강도, 마모 저항성, 경도 등)과 뛰어난 특성(열전도, 전기전도도, 부식 저항 등)으로 다양한 산업군에 활용되고 있다. 적층제조 기술이 발달함에 따라 복잡한 형상을 시간과 비용을 절약하여 제조할 수 있다는 이점으로, 적층 제조한 MMCs에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 하지만 MMCs를 적층 제조할 경우, 다양한 원인들에 의해 여러 문제들이 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 MMCs의 특징들을 소개하고, 위의 문제들이 발생하는 원인을 고찰하여 소재와 Powder bed fusion (PBF) 공정 설계 관점에서 해결책을 제시하고자 한다. 본 논문은 향후 PBF 방식으로 적층 제조한 MMCs를 개발할 때 설계 및 제조 가이드라인을 제시하여 줄 수 있을 것이다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제9권4호통권33호
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• pp.515-521
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• 1997

마그네슘 금속 복합재의 열처리 및 섬유 강화재 방향에 따른 효과를 파악하기 위하여 인장강도 및 피로해석이 연구되었다. TEM 관측에 따라 시편은 섬유 강화재와 마그네슘 복합기지 사이의 시효 열처리된 변형된 계면이다. 인장실험 결과로부터 시효 처리된 시편의 극한 인장강도는 주조상태의 시편보다 시효 처리시 화학반응에 의한 섬유 강화재-기지간의 접합강도 약화로 감소하였다. 피로균열 거동실험은 균열거동 방향이 섬유 강화재 방향과 수직인 시편과 균열거동 방향이 섬유 강화재 방향과 평행한 시편을 실험하였다. 피로균열 거동해석을 비교해보면 섬유 강화재와 하중방향이 수직인 시효처리된 시편의 경우가 주조상태의 시편보다 피로균열 거동에 더 크게 저항하였다. 반대로 섬유 강화재 방향에 평행한 주조상태의 시편은 섬유 강화재 방향에 평행한 시효처리된 시편보다 피로 균열거동에 더 크게 저항함을 알 수 있었다.

• Composites Research
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• 제29권2호
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• pp.66-72
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• 2016

고온에서 열화학적 분해 현상을 겪는 고분자 기지 복합재료는 기지 내부의 기공도가 급격히 증가한다. 기공의 생성은 재료의 탄성 계수와 파손 강도를 감소시키며, 기공 내부의 가스 압력은 재료의 열기계적 거동에 영향을 준다. 본 논문에서는 기지 내부에 많은 기공이 포함된 일방향 섬유 강화 복합재료의 이차원 대표 체적 요소를 설정하고 유한요소 해석을 수행하였다. 이를 통해 기공 상태에 따른 복합재료의 유효 탄성 계수, 기공 탄성 계수, 파손 강도 등을 산출하였다. 특히, 기지 재료의 특성에 많은 영향을 받는 섬유 수직 방향의 파손 강도가 원래 기지 강도보다 현격히 낮게 산출되며, 기공도가 증가함에 따라 지속적으로 떨어지는 경향을 확인하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제38권6호
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• pp.575-581
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• 2001

세라믹/금속기지 복합재료에서 횡방향의 단축인장하중을 받는 경우, 복합재료의 특성에 관한 시뮬레이션 결과이다. 세라믹과 금속기지간 계면에 강한 결합이 존재하는 복합재와, 계면에서의 결합이 약한 복합재의 두 경우에 대하여 횡방향 평균응력과 평균변형율에 대한 관계를 계산하였다. 복합재료의 미시역학적개념과 유한요소해석법을 적용하여 세라믹체적분율의 변화에 따라 각기 해석되었다. 본 연구에서 계산된 횡방향 탄성계수는 문헌에 알려져 있는 미시역학개념으로 유도된 식에 의한 횡방향탄성계수값과 잘 일치되었다. 계면에서 강한 결합이 있는 복합재와는 달리, 약한 결합의 복합재는 인장하중에 의하여 세라믹/금속계면에서 금속재료와 세라믹간의 분리가 발생된다. 이 분리는 전체복합재의 강성을 감소시키며, 금속의 부피분율이 감소될수록 (즉, 세라믹의 부피분율이 증가할수록) 횡방향 평균응력의 평균변형율에 대한 감소로 나타났다. 미시역학의 개념을 적용한 유한요소해석기법을 통하여, 이미 알고 있는 복합재 각 성분의 특성으로부터 복합재료의 계면특성과 횡방향특성을 예측할 수 있다.

• 한국재료학회지
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• 제6권12호
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• pp.1199-1212
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• 1996

본 연구는 주조성, 내압성, 내열성 등이 우수하여 군용 및 민수용 기계소재로 이용되고 있는 AI-Si-Mg계 AC4C 합금에 세라믹(AI2O3, AI2O3-TiC)을 강화시키는 복합재료제조에 관한 기초연구의 일환으로 수행하였다. 연구내용은 세라믹 강화재의 젖음성을 높이기 위하여 수소환원법에 의한 AI2O3입자의 Ni 피복과 기존의 프리폰 제조방법보다 간단하고 경제적인 자전연소합성법에 의해 AI2O3-TiC 다공성 pellet을 제조하여, 이들 강화재와 AC4C 기지금속을 이용하여 고대-compocasting 및 squeeze casting법으로 복합재료를 제조하고 미세조직, 계면생성물, 기계적 성질, 내마멸성 등의 특성을 조사하였다. 고대-compocasting법에 의해 제조된 AI2O3Ni 입자 강화 복합재료에서 강화재들은 응집체로 존재하지 않고 비교적 균일하게 분산되었고 AI2O3-TiC 강화재를 이용하여 squeeze casting으로 가압주조 하므로써 기지금속과 강화재의 젖음성이 향상되었다.

• Composites Research
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• 제12권5호
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• pp.1-11
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• 1999

본 연구는 단섬유보강 금속복합재료의 피로 및 주기적 거동에 관한 연구로서, 가압용침법을 이용하여 제조된 Al6061과 이를 기지금속으로 사용한 단섬유보강 Al/$Al_2O_3$-15% 복합재료의 주기적변형(cyclic deformation)과 피로거동(fatigue behavior)에 대해서 실험적으로 고찰하였다. Al/$Al_2O_3$ 복합재로의 피로강도는 210MPa로 나타났고 기지금속은 170MPa로 나타났다. 영구소성변형에 의한 합변위는 피로수명 초기 5%이내에서 대부분 발생하며 파단시의 합변위는 복합재료와 기지금속 모두 축적된 소성변형으로 인하여 인장시험에서의 연신율에 비해 작은 값을 가진다. 금속복합재료의 주기적 변위는 보강재가 전위 전파의 저지역할을 함으로써 기지금속에 비하여 다소 감소하는 것으로 나타났다. 파면관찰결과 기지금속의 경우 금속복합재료에 비해 전체 시험편 단면에서 넓은 영역에서 균열전파 형태를 관찰할 수 있었으며, 또한 금속복합재료의 파면에서는 연속적인 피로하중에 의한 기지금속과 보강재간의 분리(debonding)등의 결과로 보강재가 뽑혀나간 흔적이 관찰되고 있다.

• 해운물류연구
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• 제34권4호
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• pp.637-656
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• 2018

본 연구는 강원영동남부권 내륙물류기지 필요성 및 입지 경쟁력 분석을 위해, 강원권 물동량 추정 및 내륙물류기지 입지 경쟁 요인분석을 수행하였다. 분석결과, 강원권 산업단지 산출 가능 물동량은 775만 톤이며, 내륙물류기지의 조성지역은 기종점 분석 결과 가장 적합한 지역은 원주시로 나타났다. 내륙물류기지 경쟁 요인을 도출하기 위해서 선행연구를 통해 28개 변수를 도출하였으며, 해당 요인에 대해 탐색적 요인분석을 수행한 결과 16개의 요소가 4개의 요인으로 분류 되었다. AHP 분석결과 요인별 중요도는 '접근성 요인'(0.374)이 가장 높은 수치를 보였으며, '연계성 요인'(0.358), '운영성 요인'(0.166), '정부정책 요인'(0.102)의 순으로 나타났다. 전체 항목에서의 중요도는 '내륙물류기지에서 수요지까지의 수배송'(0.160)이 가장 큰 요인으로 분석되었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권4호
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• pp.239-245
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• 2014

강화재의 복잡한 배열로 인하여 복합재 구조에 대한 유한요소 모델링은 상당히 까다로운 문제가 될 수 있다. 본 논문에서는 복합재 구조에 대하여 효율적으로 주기 격자망을 생성시킬 수 있는 기법을 제안한다. 먼저 육면체 유한요소로 구성된 규칙적인 격자망을 준비하고, 이를 복합재 내의 강화재에 대한 표면 정보에 맞추어 깎아낸다. 강화재와 기지재 사이에서 깎여진 육면체 유한요소는 임의의 절점과 면을 가질 수 있는 다면체 유한요소에 해당한다. 일관된 알고리즘을 이용하여 육면체 유한요소를 깎아내기 때문에 강화재와 기지재 사이의 요소는 자동적으로 적합한 형태로 구성된다. 또한 대표체적영역 내에서 강화재의 주기성을 추가적으로 고려하면, 대표체적영역에 대한 각각의 주기 경계 쌍에서 절점과 요소의 형태가 모두 일치하는 주기 격자망을 효율적으로 생성시킬 수 있다. 그러므로 별도의 처리 없이 대표체적영역에 주기 경계조건을 부여할 수 있다. 수치예제에서는 본 논문에서 제안한 기법의 효용성을 검증한다.